居住建筑門窗節(jié)能提升措施

劉 洋 煙臺市城市建設(shè)投資有限責(zé)任公司

1 前言

“鑿戶牖以為室，當(dāng)其無，有室之用?！薄皯綦弧奔词恰伴T窗”，先賢用充滿哲理的語句強(qiáng)調(diào)了門窗對建筑物功能的重要性。

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要有外門窗，外墻，屋頂。其中，外墻、屋面保溫，因構(gòu)造相對簡單，基于保溫材料性能大幅提升，保溫層增厚等有利條件，節(jié)能降耗效果明顯。而外門窗被賦予了采光、通風(fēng)、裝飾、隔聲、防火等越來越多的功能，外門窗成為建筑外保溫節(jié)能中最薄弱環(huán)節(jié)，也是最不穩(wěn)定環(huán)節(jié)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，外門窗的熱能消耗約為墻體的4倍，屋頂?shù)?倍，約占建筑圍護(hù)部件總耗能的40%～50%。

在采暖或空調(diào)條件下，冬季單層玻璃窗熱損失占熱負(fù)荷的30%～50%。在夏季，透過單層玻璃窗的太陽輻射而消耗的冷卻量約為空調(diào)負(fù)荷的20%～30%。因此，增強(qiáng)門窗的隔熱性能，降低門窗的能耗，是改善室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量，提高建筑節(jié)能水平的重要環(huán)節(jié)。基于上述重要性，以下重點(diǎn)對居住建筑外門窗節(jié)能提升措施發(fā)表幾點(diǎn)不成熟意見。

2 影響外門窗節(jié)能效果的主要因素分析

建筑外門窗因材料、構(gòu)造方式等不同，節(jié)能效果差異較大，綜合分析主要有以下幾點(diǎn)。

2.1 門窗氣密性

外門窗氣密性是影響建筑物節(jié)能效果的最重要因素。針眼大的洞，碗口大的風(fēng)。話俗理不俗，道出了門窗氣密性的重要性。特別是在夏熱冬冷的北方地區(qū)尤其明顯。氣密性受構(gòu)造設(shè)計(jì)、加工安裝精度、密封條類易損小輔料、自然風(fēng)壓等因素影響，質(zhì)量不易控制。

2.2 門窗材料導(dǎo)熱系數(shù)

外門窗材料導(dǎo)熱性能，是影響外門窗保溫性能的本質(zhì)性因素，一經(jīng)設(shè)計(jì)選定，及長期穩(wěn)定的影響保溫效果。特別是玻璃及金屬類窗框材料，是影響外門窗保溫的“原罪”。

2.3 外門窗窗墻比

而隨著時(shí)代進(jìn)步，人民對建筑物采光、通風(fēng)的要求逐步提升，外門窗面積越來越大，窗墻比迅猛增大，給外墻保溫客觀帶來了比重性不利影響。

3 外門窗節(jié)能改進(jìn)措施分析

3.1 提升門窗氣密性

3.1.1 優(yōu)化門窗開啟方式

據(jù)有關(guān)專家詳細(xì)研究，成果如下：“采用壓差法檢測了典型的4 種不同材料、開啟方式的建筑外窗氣密性，這4 種窗戶分別是塑鋼平開窗、塑鋼推拉窗、鋁合金平開窗、鋁合金推拉窗。通過統(tǒng)計(jì)近半年內(nèi)39個(gè)項(xiàng)目124個(gè)檢測單體的外窗氣密性測量結(jié)果，分析外窗開啟扇方式、窗框材料以及窗戶所處環(huán)境對外窗氣密性的影響，并得出結(jié)論，平開窗氣密性明顯好于推拉窗的氣密性，而塑鋼型材的窗戶氣密性略好于鋁合金窗?！?/p>

鑒于以上成果，結(jié)合筆者多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推拉窗的氣密性比平開窗的氣密性要低。居住類建筑選擇窗戶開啟方式，建議按如下順序：固定窗—內(nèi)平開窗、外平開窗、推拉窗。

3.1.2 增強(qiáng)門窗剛度、穩(wěn)定性

門窗框因型材自身剛度不足或者框體設(shè)計(jì)構(gòu)造剛度不足，以及門窗框加工、安裝質(zhì)量差，造成的門窗框變形、翹曲，進(jìn)而影響外門窗氣密性現(xiàn)象，比較普遍。而且后期維修難度大。以隔熱斷橋鋁合金門窗為例，增強(qiáng)其剛度、穩(wěn)定性主要有三點(diǎn)。

首先，要提升鋁合金型材的原材性能，既要優(yōu)化型材構(gòu)造設(shè)計(jì)，模擬跨度、風(fēng)壓等計(jì)算，有針對性的提升型材截面抵抗矩，減少撓度變形。又要提高型材生產(chǎn)工藝，推進(jìn)澆筑成型鋁型材，提高強(qiáng)度、剛度。

其次，要科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪M(jìn)行建筑設(shè)計(jì)及門窗深化設(shè)計(jì)。當(dāng)今許多建筑設(shè)計(jì)師，多是僅出于建筑外立面效果考慮設(shè)計(jì)外門窗尺寸、分格，缺乏對門窗型材結(jié)構(gòu)性能的研究，甩項(xiàng)給后期門窗廠進(jìn)行專項(xiàng)深化設(shè)計(jì)，門窗廠設(shè)計(jì)能力有限，對門窗的結(jié)構(gòu)計(jì)算不嚴(yán)謹(jǐn)，或?yàn)榻档统杀具x用不匹配的型材，造成門窗剛度不足。鑒于此，要嚴(yán)把門窗專項(xiàng)深化設(shè)計(jì)及審核關(guān)，必須由具備相應(yīng)能力與資質(zhì)的機(jī)構(gòu)，進(jìn)行門窗深化設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)審查。特別是門窗結(jié)構(gòu)計(jì)算及審查，確保設(shè)計(jì)合規(guī)。要嚴(yán)控門窗框體尺寸，在相應(yīng)規(guī)格型材的允許跨度范圍內(nèi)設(shè)計(jì)，避免超型材允許跨度門窗框。邊角連接件采用鑄鋁卡扣固定件，增強(qiáng)轉(zhuǎn)角連接的剛度。避免設(shè)計(jì)大面積玻璃，因果大風(fēng)壓力造成型材變形、玻璃受損。

再次，要提升鋁合金門窗框的工廠加工質(zhì)量以及施工現(xiàn)場的安裝質(zhì)量。這是個(gè)廣泛性問題，既重點(diǎn)涉及門窗剛度問題，有廣泛涉及門窗每個(gè)質(zhì)量問題。因?yàn)槲恼掠懻摲较蚣捌抟蛩?，不做展開論述。

3.1.3 提升密封材料性能

以隔熱斷橋鋁合金門窗為例，其密封材料按分為密封膠條、密封毛條和密封膠，分述如下。

首先，密封膠條在門窗使用中起著固定玻璃，緩沖振動和阻斷水、氣流通的作用，對鋁合金門窗的密封作用起到重要的影響，優(yōu)質(zhì)的膠條能長期的使用而不會失去彈性。但是劣質(zhì)的膠條在幾個(gè)月內(nèi)就會變硬，失去彈性，從而失去密封性能。而三元乙丙膠條、硅橡膠膠條分別以三元乙丙橡膠、硅橡膠作為主要原料，經(jīng)過加工后，這兩種膠條的耐老化性能優(yōu)異。對于平開窗而言，多采用隱藏式鉸鏈，鉸鏈隱藏，窗戶美觀。但這種鉸鏈部位的密封條是不易安裝的，多在鉸鏈處無密封條，影響氣密性較嚴(yán)重。建議采用外置鉸鏈，確保密封條無斷檔，且鉸鏈可適當(dāng)增加，提升開啟扇穩(wěn)定性及剛度。

其次，密封毛條要選硅化加片毛條。經(jīng)過有機(jī)硅處理的毛條稱為硅化毛條，具有一定的拒水能力，從而保證外窗遇水時(shí)，仍能保證密封能力，且壽命更長。硅化夾片毛條是毛條的升級版，通過在生產(chǎn)過程中將一聚丙烯膠片加到毛條中間，塑料薄片能有效阻擋氣流通過豎毛，使毛條的密封性和抗水性得到成倍提高。

再次，密封膠會承受長時(shí)間的太陽光紫外線輻射，因此密封膠應(yīng)選用具有良好耐候性能和位移能力的硅酮密封膠。好的密封膠產(chǎn)品外觀細(xì)膩、均勻、無氣泡、無凝膠。建筑門窗的安裝使用，均需密封膠條來實(shí)現(xiàn)型材與玻璃之間、扇與框之間的閉合密封，密封膠要區(qū)分玻璃之間、玻璃與框體之間的結(jié)構(gòu)彈性耐候膠，以及框體與洞口之間的密封耐候膠。使用中空玻璃時(shí)，建議使用雙道密封和用聚硫中空玻璃膠，中空玻璃間隔條應(yīng)采用連續(xù)彎角式結(jié)構(gòu)，如果用四角插接式的，在接頭處必須用丁基膠作密封處理。

3.1.4 優(yōu)化門窗內(nèi)腔氣流組織

窗框與玻璃之間，窗框型材之間，窗框與洞口之間，均比有空隙，稱之為“內(nèi)空腔”。空氣經(jīng)過內(nèi)空腔進(jìn)行室內(nèi)外空氣交換。絕對的密閉式不存在的，因此組織疏導(dǎo)氣流比封堵氣流更有實(shí)踐意義。本文所述“內(nèi)空腔氣流組織”，是基于國內(nèi)外相應(yīng)技術(shù)研發(fā)及實(shí)踐，簡而言之，自外至內(nèi)，分為三部分：外層密封；中層內(nèi)空腔；內(nèi)層密封。

基本原理是：以冬季外寒內(nèi)熱環(huán)境條件為工作環(huán)境，外層密封采用相應(yīng)密封條、密封膠，防止大部分室外空氣進(jìn)入內(nèi)空腔。內(nèi)密封層同理，密封層級更高，防止絕大部分室內(nèi)空氣進(jìn)入內(nèi)空腔。此時(shí)，內(nèi)空腔內(nèi)少量的室內(nèi)熱空氣，與多量室外冷空氣混合，熱氣上升，自然形成上升氣流，在內(nèi)空腔頂端外側(cè)設(shè)置出風(fēng)口（同時(shí)做好防雨水、防蟲等措施），利用內(nèi)空腔內(nèi)部及與外側(cè)氣壓差，模擬“煙囪”效應(yīng)，將內(nèi)空腔內(nèi)空氣循環(huán)排至室外，不進(jìn)入室內(nèi)，從而提升了窗氣密性。

這種做法相應(yīng)也能降低風(fēng)噪。內(nèi)空腔為相對開放的空間，室外氣流在流經(jīng)窗框間隙的時(shí)候，氣孔能夠分流大部分的氣流，進(jìn)入到進(jìn)內(nèi)空腔的氣流會由于空間增大，使得氣流的速度明顯降低，低速的氣流對空氣的震動效果會明顯降低。在空腔內(nèi)設(shè)置有緩沖腔，在緩沖腔的內(nèi)壁上設(shè)置有一層的纖維毛刷層，當(dāng)氣流接觸到纖維毛的時(shí)候，會將氣流的動能轉(zhuǎn)化為纖維毛的機(jī)械能，消耗掉氣流的動能，從而有效的消減氣流產(chǎn)生的噪音。

3.2 降低門窗材料的導(dǎo)熱性能

3.2.1 提升金屬類門窗框材料的斷橋隔熱性能

金屬類隔熱斷橋鋁合金型材，隔熱性能關(guān)鍵在于隔熱條質(zhì)量。斷橋鋁隔熱條常見兩種形式：美式注膠式（聚氨酯隔熱膠與鋁型材一體成型）與歐式穿條式（穿插尼龍玻璃纖維隔熱條）。二者相比，前者隔熱性能是后者的1.25 倍，且前者在強(qiáng)度、截面尺寸與形狀、鋁材使用率等方面明顯優(yōu)于后者。美式注膠式現(xiàn)在國際市場使用較多，國內(nèi)市場受加工成本等因素影響，使用較少。呼吁推廣鋁型材標(biāo)準(zhǔn)化，降低鋁型材澆注成型模具的成本，以便推廣綜合性能更好的注膠式隔熱斷橋鋁型材。

3.2.2 提高塑鋼類門窗占比

塑鋼類門窗隔熱性能明顯優(yōu)于鋁合金斷橋門窗，主要受限于抗風(fēng)壓性能、防火性能等方面，使用較少。建議改進(jìn)塑鋼型材性能的前提下，加大在低風(fēng)壓地區(qū)、非高層建筑中的使用占比，降低投資，提升綜合性能。

3.2.3 提升玻璃熱輻射隔離性能

現(xiàn)行常用節(jié)能玻璃主要有以下幾種。

（1）熱反射玻璃，這是對太陽光有反射作用的鍍膜玻璃，其反射率可達(dá)20%～40%。它的表面鍍有金屬、非金屬及其氧化物等各種反射陽光薄膜，從而達(dá)到阻擋太陽能進(jìn)入室內(nèi)的目的。夏季可節(jié)省室內(nèi)空調(diào)的能源消耗。熱反射玻璃的傳熱系數(shù)、輻射率則與普通玻璃差別不大。

（2）低輻射玻璃，又稱為Low-E 玻璃，是一種對波長在4.5μm～25μm范圍的遠(yuǎn)紅外線有較高反射比的鍍膜玻璃，它具有較低的輻射率。在冬季，它可以反射室內(nèi)暖氣輻射的紅外熱能，輻射率一般小于0.25，有效的保溫和減少熱量的外散。在夏季的時(shí)候也能夠阻擋室內(nèi)物體的二次輻射，其輻射率傳熱系數(shù)比較低。

（3）中空玻璃，是將兩片或多片玻璃以有效支撐均勻隔開并對周邊粘接密封，使玻璃層之間形成有干燥氣體的空腔，其內(nèi)部形成了一定厚度的被限制了流動的氣體層。由于這些氣體的導(dǎo)熱系數(shù)大大小于玻璃材料的導(dǎo)熱系數(shù)，因此具有較好的隔熱能力。中空玻璃的特點(diǎn)是傳熱系數(shù)較低，與普通玻璃相比，其傳熱系數(shù)至少可降低40%是目前最實(shí)用的隔熱玻璃。

（4）真空玻璃，其結(jié)構(gòu)類似于中空玻璃，所不同的是真空玻璃空腔的氣體非常稀薄，近乎真空其隔熱原理就是利用真空構(gòu)造隔絕了熱傳導(dǎo)，傳熱系數(shù)很低。根據(jù)有關(guān)資料數(shù)據(jù)，同種材料真空玻璃的傳導(dǎo)系數(shù)至少比中空玻璃低15%。但目前生產(chǎn)成本較高，僅在一些特殊場合應(yīng)用。

根據(jù)研究及實(shí)踐反饋，建議外門窗玻璃使用三層中空玻璃，而且在北方應(yīng)推廣使用Low-E 型（低輻射）中空玻璃。在南方，以太陽輻射熱為主的地區(qū)，應(yīng)推廣使用陽光鍍膜玻璃。

3.3 降低外墻窗墻比

根據(jù)建筑功能分區(qū)，觀景區(qū)有限考慮設(shè)置在室外陽臺，臥室適當(dāng)考慮降低窗戶面積。推進(jìn)新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，盡量采用主動通風(fēng)，降低開窗被動通風(fēng)的面積。降低落地窗的使用頻率，提高安全性，降低能耗。以節(jié)能理念為指引，引導(dǎo)設(shè)計(jì)不是單純地追求外立面窗效果，綜合考量，降低窗墻比，提高節(jié)能效果。